这幅艺术作品阐释了弦表面如何从几个对于粒子碰撞的疏忽数学假设中推导出来。图片开头：Clifford Cheung 的东谈主工智能生成作品

开头：https://phys.org/news/2026-05-theory-uniquely-derived-basic-assumptions.html

如若你把一个掰成越来越小的碎屑，你会发现分子，然后是原子，接着是亚原子粒子，比如质子以及组成质子的夸克和胶子。你可能以为依然到达了极限，但根据弦表面学家的说法，如若你持续深切到更小的法度——比质子小十亿亿倍——你还会发现更多：轻细的振动弦。

弦表面发展于20世纪60年代，它建议天地万物都由不可见的弦组成。该表面的出现是为了处置“量子引力”问题，即如何颐养姿色咱们宇宙最小法度的量子力学与解释咱们天地在最大法度上如何运行（包括引力）的广义相对论。征询东谈主员试图颐养这两种表面——举例，接头引力在量子规模中的行为——但他们的方程却变得难以捉摸，或者用数学术语来说，趋向无限大。

弦表面是一种能够独霸取之不尽的数学处置成心象打算。它以为统共粒子，包括引力子——这种联想粒子被以为传递着引力——都是由极细的振动弦产生的。弦表面背后的数学旨趣条目弦至少在十个维度上振动，而不是咱们所处的四维空间（三维空间和一维时辰），这亦然一些科学家不屈气弦表面正确性的原因之一。但约略该表面濒临的最大挑战是老练它所需的超高能量：这样的实际需要一个星系大小的粒子对撞机。

物理学家该若何办？一种探索表面的措施是采用“自举法”，即征询东谈主员先作念出一些他们以为对于天地的正确假设，然后不雅察这些假设会推导出哪些定律。在一篇题为《从着实无到有的弦》（Strings from Almost Nothing）的新论文中，加州理工学院的征询东谈主员特出纽约大学和巴塞罗那高能物理征询所的共事们恰是这样作念的。该论文已被《物理驳斥快报》（Physical Review Letters）给与发表。他们从对于粒子在高能下如何相互散射的几个基本假设动身，推导出了弦表面的基自己分。

“弦的倡导就这样自可是然地出现了，”加州理工学院表面物理学解说、莱因韦伯表面物表面坛主任克利福德·张说谈。“咱们一动身点根柢莫得对弦作念任何假设，但最终得到的解却包含了弦的基本特征。”

张解说示意，天然这项职责并不成为弦表面提供实考凭证，但它“从表面角度来看格外具有启发性，因为一般的假设可能会产生无限多个解，但内容上只产生了一个解”。

加州理工学院弗雷德·卡弗里表面物理与数学解说、物理、数学与天文系肯特和乔伊斯·克雷萨指令主席大栗弘（Hirosi Ooguri）解释说，这种自举法有助于物理学家们聚焦弦表面的关键特征。大栗弘本东谈主亦然一位弦表面学家，但并非该论文的作家。“它还能匡助征询东谈主员建议替代表面。如若弦表面不建立，而咱们想寻找另一个模子，那么咱们需要去掉哪些基本假设呢？”大栗弘说谈。

融合的粒子

弦的一项关键特征是弦谱，它从该团队的分析中“剔除”出来。弦谱由欧洲核子征询中心（CERN）的意大利表面物理学家加布里埃莱·韦内都亚诺于20世纪60年代末发现，它是由粒子组成的无限塔或门道，其中粒子的质料和自旋以破损的步长递加。

张说：“在韦内都亚诺的期间，粒子对撞机在碰撞流程中会喷出无数质料别离的粒子。这引东谈主入胜，但那时莫得东谈主知谈发生了什么。韦内都亚诺写下了一个函数来姿色统共这些粒子的质料，揭示了一个无限蔓延的粒子塔。”

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其他征询东谈主员其后意志到，韦内都亚诺的粒子塔对应于振动弦的谐波序列。如若你拨动一根小提琴弦，你会听到一系列音符，这些音符代表基音和罢免近似模式的泛音。

弦表面出身了，但直到 1974 年，加州理工学院的哈罗德·布朗表面物理学荣誉解说约翰·施瓦茨和他的共事、法国物理学家乔尔·舍克才意志到该表面包含了引力，从而耕作了弦表面和广义相对论之间的第一个关系。

“和阿谁期间的统共粒子物理学家通常，咱们之前对引力并不感意思意思。弦表面在高能情况下推崇精良，这与爱因斯坦的广义相对论不同，后者只可算作顽劣近似建立。因此，IM体育(InPlay Matrix)尽管那时好多东西还不甚明了，但咱们格外抖擞，因为某种神气的弦表面约略能够提供一个归拢的量子表面来解释一切，”施瓦茨说谈。

在弦表面中，轻细弦的不同振动模式会产生不同的粒子。举例，光子是由启齿弦在其基频振动模式中产生的，而引力子则被以为是由闭合弦的基频振动模式产生的。

从底层作念起

在这项新征询中，征询东谈主员查考了一种叫作念散射振幅的量，它姿色了粒子碰撞可能效果的概率。当征询东谈主员应用广义相对论的用具，在越来越高的能量下计较散射振幅时，就会出现难以捉摸的无限大。用数学术语来说，这意味着效果不对理，详情是不正确的。

张说：“如若你把广义相对论应用到所谓的普朗克法度（约莫比质子的质料大19个数目级）的极高能量下，你会得到一个绝不测思意思意思意思的效果。一切都澈底崩溃了。”

这恰是弦表面的上风场所。它通过多种形状幸免了数学推导趋于无限大，其中一种形状被称为超软性，即弦在极高能量下会软化或暗昧相互作用，从而使其在数学上更易于处理。

张解说说：“在弦表面框架下，跟着粒子间能量鬈曲的加多，粒子散射的概率会赶快下落。这就像粒子根柢不想相互散射，而是解放穿过通常。散射振幅不会趋于无限大，它的行为愈加合理。”

征询东谈主员将粒子行为的这种超软特点算作他们的运转假设之一。他们莫得对弦作念任何假设，但假设粒子在高能下散射概率较低——这对于截止量子引力表面中不消要的无限大至关进犯。

此外，他们还对粒子行为建议了另一个更为复杂的假设，称为“最小零点”。张解说解释说：“值得细心的是，一致性条目散射振幅不仅在被称为‘零点’的极端默契学点处相互作用，况兼在零点处也不相互作用。‘最小零点’假设条目此类消散点的数目在数学上尽可能少，以适应方程的逻辑。”

征询东谈主员从姿色这两个假设的数学抒发式动身，严格讲解只须忻悦这些假设的数学函数智力组成弦表面的记号性特征。这些记号性特征包括弦表面界说的齐备粒子质料和自旋谱，以及它们之间详备的相互作用强度。

“弦表面的精准细节是自动产生的，包括组成弦的‘谐波’的无限大旋转粒子塔，这亦然该表面知名远近的原因，”共同作家、纽约大学詹姆斯·阿瑟博士后征询员格兰特·N·雷门（2017 年博士毕业）说谈。

征询东谈主员的自举措施有点像数独谜题：你从一些对于如安在网格中抛弃数字的法则动身点，然后从这些基本法则动身，寻找谜题的唯孤独置成心象打算。

张解释说：“极具讪笑意味的是，咱们当今用当代用具和当代理念所追求的这种独力新生式的措施，内容上却格外守旧。这是一种陈腐的理念。当先发现威尼斯光谱以及约翰·施瓦茨的职责都采用了近似的措施。他们并非从弦表面模子脱手，而是从基应允趣动身找到了处置成心象打算。”

张解说还指出，加州理工学院的史蒂文·弗劳奇是自举法的前驱。弗劳奇是加州理工学院的表面物理学荣誉退休解说，他和他的共事、已故的杰弗里·丘（曾任加州大学伯克利分校解说）在20世纪60年代率先在粒子物理学规模发展了自举表面（丘的定名源于“独力新生”的成语）。弗劳奇和丘发现了其后由韦内都亚诺发现的无限粒子塔的早期凭证。

“自举法的念念想一渡过期，但当今像克里夫这样的东谈主正在回报并使其当代化，”大栗说。“咱们当今对不错作念出的基本假设有了更深切的明白，也领有了更强的工夫，不错将这些假设更始为散射振幅和其他可不雅测量的性质。”

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